احتمالاً فکر میکنی باتری یعنی یه وسیله کوچیک که از لیتیوم یا مواد شیمیایی عجیب ساخته شده و همهمون روزانه کلی ازش استفاده میکنیم. ولی یه تیم خفن تو دانشگاه بینگهامتون آمریکا کاری کرده که باورت نمیشه! آقای پروفسور “شوین چوی” (یا همون شان چوی) سالهاست داره روی یه باتری عجیب که بهش میگن بایوباتری کار میکنه. بایوباتری یعنی باتریای که نیروی خودش رو با کمک باکتریها تامین میکنه! یعنی به جای مواد کلاسیک باتری، اینجا از باکتری به عنوان “قهرمان اصلی” استفاده شده!
حالا بریم سراغ قصهی اصلی: چوی قبلاً از توری فولاد ضد زنگ (Stainless Steel Mesh) به عنوان الکترود تو بایوباتریهاش استفاده میکرد. ولی همیشه یه مشکل اساسی داشت: نمیشد خوب کنترل کرد که سطح اون فلز چقدر منفذ داشته باشه یا زبر و نرمیش چطوره. این چیزا برای رشد خوب باکتریها رو سطحش خیلی مهمه. هرچی سطح بهتر، باکتری شادتر و توان باتری هم بیشتر!
تا اینکه چوی با یه همکاری باحال، از طبقهی پایینِ دفتر خودش، کار رو جلو برد: دکتر لیو که تو رشته مکانیک استاد و متخصص پرینت سهبعدی فلزی با یه روش خاص به اسم LPBF (Laser Powder Bed Fusion) یه جعبه ابزار باحال آورد وسط میدون! یعنی LPBF یه تکنولوژی پرینت سهبعدیه که میتونه با دقت نانومتری، لایهلایه فلز رو اره کنه و هر مدلی که بخوای درست کنه. مثلاً میشه توی طراحی قطعهها کلی خلاقیت به خرج داد و اونا رو جوری ساخت که بالاترین سطح تماس ممکن رو با باکتریها داشته باشه.
به کمک این روش، این دو تا تیم، عملاً تکتک بخشهای باطری (مثل آند، کاتد و حتی درپوش) رو خودشون با پرینتر سهبعدی ساختن و مثل تیکههای لگو بهم وصل کردن. نتیجه؟ یه بایوباتری پیشرفته که بدون لیتیوم یا مواد سمی بتونه به وسیله باکتری انرژی تولید کنه – واقعاً شگفتانگیز!
یه نکته جالب اینکه تو این مدل باتری، آند (Anode) دقیقاً خونهی باکتریهاست و هرچی سطح تماسه بیشتری داشته باشه، انرژی بیشتری هم تولید میشه. چون Nutrients یا همون مواد مغذی راحتتر به باکتری میرسه و مواد زائدشون هم بهتر میتونه خارج بشه. دکتر چوی خودش گفته آندهای دو بعدی فایده چندانی ندارن، چون جریان خوب مواد غذایی و مواد زائد ممکن نیست.
روشهای سنتی برای ساخت آند سهبعدی کار سخت و اذیتکن بود. مثلاً اگه با کربن یا پلیمر سر و کار داشته باشی یا مقاومتشون کمه یا باید حرارت زیادی بدی که باعث مرگ باکتریا میشه! فولاد ضد زنگ هم دوباره طراحی انعطاف پذیر و دلخواه نمیده…
دقیقاً اینجا بود که پرینت سهبعدی LPBF عصای دست شد. تیم پژوهشی با این تکنیک تونست فلز رو همونجور که میخواد بسازه – با ریزهکاریهای سطح و منفذ و زبری حسابشده، درست مطابق احتیاج باکتریها.
حاصل این پروژه این بود که فقط با چیدن شش تا از این بایوباتری کوچیک، تقریباً نزدیک به یک میلیوات انرژی تولید شد! شاید برات سوال شه این عدد یعنی چی؟ خب بدون که همین مقدار برای روشن نگه داشتن یه صفحه نمایش LCD سه اینچی میتونه کافی باشه. (LCD یعنی مانیتورهایی که روی ساعتا، ماشینحسابها و خیلی ابزارهای کوچیک هستن!)
یه مزیت اساسی دیگه این کار این بود که قطعات فولادی باتری رو میشه بارها و بارها استفاده کرد. کافیه باکتریهای قبلی رو جدا کنی و باکتری جدید بیاری – باز هم بازده، تو همون سطح میمونه! یعنی برخلاف خیلی از باتریهایی که بعد چند بار استفاده باید بریزن دور، این یکی تقریباً بازیافتیه!
جالبه بدونی این کار فقط در حد مقاله نمونه دانشگاهی نیست، بلکه داره پایهای میشه واسه باتریهای آینده. حتی دکتر انور الحداد که تو دوران دکتراش بخشی از این پروژه بود، میگه: «روی سیستمهای انرژی زیستی کار میکردم که بتونم با تکنولوژیهایی مثل سلولهای سوختی میکروبی انرژی پاک دربیارم. اما همیشه الکترود قوی و قابل گسترش دردسرساز بود! همکاری با دکتر چوی هم برام خیلی الهامبخش بود چون اجازه میداد ایدههام رو بدون ترس امتحان کنم.» فقط یه حس خوب پژوهشی نیست، بلکه کاملاً نوآوری عملی بود!
حالا این تیم خفن، برنامهشون اینه که حتی مراحل ساخت رو سادهتر کنن و همه قطعههای باتری رو به طور یکجا با هم پرینت کنن تا کار جمع و جورتر بشه. از طرف دیگه روی یه سیستم مدیریت انرژی کار میکنن تا بتونه شارژ و دِشارژ رو به طور هوشمند کنترل کنه، درست مثل چیزایی که روی پنلهای خورشیدی میبینی! (مدیریت شارژ و دشارژ یعنی بدونی کی باتری باید پر بشه یا انرژی بده تا عمرش طولانیتر و بهرهوریش بیشتر باشه)
این پژوهش پر سر و صدا تو مجله معتبر “Advanced Energy & Sustainability Research” هم منتشر شده که یعنی حسابی مورد توجه دنیای علمی قرار گرفته.
در کل، با این حرکت عجیب و جالبِ تیم بینگهامتون، داریم کمکم به دنیایی نزدیک میشیم که قراره باتریهامون نه آلاینده باشن، نه دردسرساز، و حتی باکتریها خودشون قهرمان انرژی پاک باشن! واقعاً هر کسی فردا گفت باتری یعنی فقط لیتیوم و مواد شیمیایی، دیگه حرفی برای گفتن نداریم، نه؟
منبع: +
